HumanIK在MAYA中的制作技巧*

摘 要：綁定是三維動畫制作流程中一項重要的環節。綁定師對模型添加骨骼與控制器，并對骨骼的權重進行合理的分配后，動畫師才可以使用操控控制器來進行三維動畫制作。隨著三維軟件和各種插件的不斷開發，綁定的工作程序也由原來的晦澀難懂變得日趨簡易。文章主要講解MAYA軟件近幾年的綁定升級，并著重闡述HumanIK的綁定功能。

關鍵詞：三維動畫；綁定；FullBodyIK；HumanIK

1 三維動畫綁定

三維動畫的“動”既是一門技術，也是一門藝術，不僅需要技術上通過計算機得以實現角色的動畫，還要求人物說話的口型變化、喜怒哀樂的表情、走路動作等，都要符合自然規律，制作上要盡可能細膩、逼真，因此動畫師需要專門研究人物、動物、自然規律等各種事物的運動規律。為了實現角色的動作變化，還需要通過骨骼工具，通過蒙皮技術，將模型與骨骼綁定，才能產生合乎情理的運動規律的動作。因此模型在制作完成后，不能夠直接被動畫師用來制作動畫，在三維動畫角色“動”起來之前，需要給角色添加一個可靠靈活的骨骼系統，這個就是綁定。綁定，又或者稱為設置，設定，對應英文為setting，即給模型添加骨骼、設置IK，添加驅動和控制器的過程，是一種把三維模型變成能夠被動畫師制作動畫的工作。

綁定工作在三維軟件發展初期并不是一個簡單的流程，需要操作人員對軟件有熟練的掌握，還需要對角色骨骼有一定的了解，再加上嚴密的邏輯思路，才能完成一個三維角色的綁定工作。所以，市面上不斷出現各種綁定小插件以解決三維軟件綁定工作的繁瑣和技術難度，擴充其動畫功能。但現在隨著三維軟件技術的發展，綁定不再是一個特別復雜或者難以理解的操作流程，并且三維軟件也逐漸吸取其他綁定小插件的優點，將插件功能植入到軟件升級中，并得到很好的用戶體驗，其中以Autodesk公司的MAYA軟件尤為突出。

2 MAYA軟件綁定的發展

在MAYA軟件中，以前的綁定方式通常是動畫師自己給模型創建骨骼，IK，驅動和控制器，后來有相應的綁定插件，可以很快將預設好的骨骼綁定從外部導入到三維軟件中使用，而目前，MAYA軟件已經將插件融合到軟件本身中，通過FullBodyIK到HumanIK的升級，使其自身的預設綁定已經完善到很方便用戶靈活使用。

2.1 FullBodyIK

MAYA在7.0版本添加了骨骼系統FullBodyIK（以下簡稱FBIK），全身反向動力學系統，它是motionBuilider骨骼系統的精簡版，除了可以使FBIK和MAYA動畫模塊很好地結合，還可以快速地完成二足和四足骨架的綁定。FBIK的使用必須嚴格依照固定的制作流程，并且每一步都有嚴格的要求。[1]

首先，人形模型的初始姿勢應盡量是T-pose（手臂骨骼應是平行于地面），角色朝向必須是Z軸正向。雙足直立，手心向下平擺，大拇指指向+Z軸。四足角色也應該面朝Z軸正向，爪子不要平擺，應該向下伸直，如果脖子很長，像駱駝或長頸鹿，應該盡量向+Z軸伸直。[2]

然后對模型添加骨骼，要求腳掌骨骼應和地面形成夾角而不是平放，膝蓋間關節角度應小于180度。角色命名或標簽必須使用Maya推薦的名稱系列，否則可能會造成創建FBIK失敗的結果。

2.2 HumanIK

為了與角色動畫軟件Autodesk MotionBuilder同步，MAYA在2012版本將FBIK升級為HumanIK（人類角色反向動力學，以下簡稱HIK），并且添加了HIK強化的目標重定（動畫移植）功能。HIK是MotionBuilder軟件的創新角色技術，MAYA引入了此技術，可以使得角色可以輕松的在Maya 2012和MotionBuilder 2012中進行交互操作。HIK工具提供了完整的角色關鍵幀設置環境，其中有全身和身體部位關鍵幀設置和操縱模式、輔助效應器和樞軸以及固定。也提供了重定目標引擎，可以輕松在不同大小、比例和骨架層次的角色之間對動畫進行重定目標。MAYA的 HIK工具已設計為與其他 Autodesk 應用程序保持一致，可以在動畫流程中的應用程序之間傳遞角色資源。例如，在MAYA中創建和裝配角色，將裝備發送到 MotionBuilder進行運動捕捉數據，然后使用MAYA中的層繼續細化動畫。[3]

與過去MAYA中內置的FBIK系統相比，HIK簡化了很多流程，并且可以快速的將用戶自定義的骨架加入到HIK解算系統中，并且FK和IK的無縫切換有了嶄新的控制方式，不需要像傳統FBIK那樣進行FK和IK模式的切換。因此相比FBIK，HIK的創建流程自然簡單一些，HIK的創建也比FBIK的創建容易直觀，對步驟的要求也沒有那么嚴苛死板，由于HIK的簡單易操作，HIK現在已成為MAYA中創建骨骼綁定的主要方式，下面簡單介紹它的創建流程。

3 HumanIK系統創建流程

HIK系統創建可以分為創建骨骼，模型與骨骼的匹配，添加控制裝配。每一步驟有相應的注意點。

3.1 創建骨骼

（1）首先，在創建骨骼之前，我們需要在MAYA軟件的插件管理器中，確定HumanIK插件是否被勾選。

（2）創建HIK骨架。在【骨架】菜單下，選擇HumanIK，進入HIK系統的創建面板。在HIK系統面板中，可以直接點擊【骨架】即可創建一套骨骼，也可以通過面板中的菜單創建骨骼。

3.2 模型與骨骼匹配

為了方便詮釋，臨時借用教材中的女孩角色模型講解。

（1）調整比例。HIK系統的骨架，默認是以180厘米左右的角色身高為基礎，Maya中的場景單元格默認是1厘米，所以骨骼創建之后與場景中的模型相比，顯得很巨大。可以通過調整角色比例數值來匹配模型，此數值默認值為1。注意的是此數值無論是放大或者縮小骨骼以匹配模型，此數值都會自動回復到1。

（2）模型的關節對位。骨骼大小匹配之后，骨骼關節還需對位整齊。對T-pose的模型要求與FBIK相同，不過HIK對模型的T-pose要求比較嚴格，手臂需和X軸向平行，并只能在X軸方向上對手臂關節進行移動，任何其他軸向的運動或者旋轉，都會產生HIK系統的錯誤警告。我們可以通過【定義】面板觀察，如果發現關節的顏色出現橙色，就便是手臂與X軸不平行，會導致效應器控制時出現異常。

盡管HIK要求手臂關節要和X軸向平行，但并不是絕對的，HIK系統會有一個允許的角度變化范圍，因此粗略的調節，使HIK面板的橙色關節變為綠色即可。右手通常是左手旋轉值的負值。

3.3 添加效應器

在HIK面板的【源】下拉菜單中選擇控制裝配，完成控制器的綁定。同樣，也可以通過菜單創建控制裝配。HIK系統會根據需要，自動鎖定或者提示用戶解鎖會造成控制器丟失。如果在綁定了控制器后需要對關節重新設置，只要在HIK面板中的【骨架】欄點擊 按鈕解鎖即可，同時控制器也將被自動刪除。

4 動畫調節

4.1 FullBody和BodyPart

HIK的動畫調節有兩種模式：FullBody和BodyPart，在HIK的控制面板中顯示為 。FullBody，全身操縱模式，是指一個效應器的改變可以影響到整個HIK骨架的變化，而此時使用pin（固定）功能可以約束某些關節部位不隨之產生影響的；BodyPart，身體部位操作模式，是只影響所控關節及鄰近關節的狀態，可以用于細調局部關節的動畫。圖1是分別在FullBody和BodyPart模式下，拖拽角色的左手向下的動作效果。在FullBody的模式下，角色身體的右邊也隨左手的下拉而產生下降的動作，而在BodyPart的模式下，除了左手的關節之外，其他關節不受影響。

4.2 FK和IK

在動畫調節上，可以采用黃色的FK關節控制器和IK效應器，之前有相關IK/FK模式切換的命令，甚至也有人研究IK/FK的模式切換更好的辦法，但現在在HIK系統中因為新的FK關節控制器的加入，這種模式切換已經變得很容易了，用戶可以同時選擇FK控制器或者IK效應器來制作Pose To Pose。因為當采用它們其中一種方式設置關鍵幀時，HIK系統會立即將這個關鍵幀的信息同時寫入到另一個方式的控制器和效應器上。另外，在每個IK效應器上都有名為“IK Blend T”和“IK Blend R”的參數進行設置（T表示位移，R表示旋轉），也就是通道欄中的Reach Translation和Reach Rotation屬性，可以使我們更好地調節動畫。當數值為0，表示動畫的效果是以黃色FK控制器動畫進行，會產生弧線效果，效應器不影響動畫過程；當數值大于0，則表示動畫偏向效應器的程度；當數值等于1，則是完全的IK模式，黃色FK控制器不參與動畫控制，由效應器的直線動畫控制。

5 重定目標

HIK有個很方便的重定目標功能，可以快速的將同一個系統下的動畫進行轉移。例如，將MAYA的Visor窗口中的Mocap示例用鼠標中鍵拖入場景中，在【源】下拉菜單中會多出一個角色的動畫集（以前通常會稱為角色組）。此時，只要選擇其他動畫集，我們建立的HIK系統會立即將它應用到控制角色的關節上。

從Visor中載入的Mocap示例移植到角色模型上，如果需要進行修改，我們可以將它烘焙到角色的HIK系統的骨架上，執行【烘焙】->【烘焙骨架】。當然，也可以烘焙到HIK系統的控制器上，使用IK控制器來調節動畫，執行【烘焙】->【烘焙到控制裝配】。這樣就可以通過動畫調節操作有針對性地調節動畫效果不佳的關鍵幀。烘焙到控制裝配這個命令，如果角色模型事先沒有添加控制裝配，執行改命令后，會自動添加一套控制裝配用以修改動畫。圖2為重定目標后，女孩模型的動作效果。

6 結束語

綜上所述，HIK在MAYA中的應用較之前的綁定操作步驟，有了很大的改進，只需要簡單的操作命令就可以給任何一個人形角色創建骨骼和綁定，并可以將導入到MAYA中的捕捉動畫移植到人形角色中。不但大大地提高了綁定的工作效率，也降低了綁定的工作難度，為廣大三維愛好者提供了更簡易的操作流程。不過如果對人形角色的綁定有更高的要求，比如電影級的三維動畫動作要求，HIK的簡易步驟仍不能滿足，還是需要操作者“親力親為”，所以，我們期待HIK系統以后的升級完善。

參考文獻

[1]http：//blog.163.com/shininglore@126/blog/static/961841802010102504259847/，Maya FBIK系統的研究.

[2]王琦.Autodesk Maya 8 標準培訓教材II[M].人民郵電出版社.

[3]http：//wenku.baidu.com/view/579744f8c8d376eeaeaa31a2.html，裝配-角色設置-HumanIK.